Question

19．水处理技术在生产、生活中应用广泛，对工业废水和生活污水进行处理是防止水体污染、改善水质的主要措施．
（1）具有永久硬度的水在软化时可采取的方法有bc（填选项字母）．
a．加热法b．药剂法c．离子交换法
（2）用石灰纯碱法软化硬水时，加入石灰的作用是d（填选项字母）．
a．只能降低水中的永久硬度
b．能同时降低水中的永久硬度和暂时硬度
c．可把部分Ca²⁺所形成的硬度转变为Mg²⁺形成的硬度
d．可把部分Mg²⁺所形成的硬度转变为Ca²⁺形成的硬度
（3）生活用水必须保证安全，自来水厂需要对取自江河湖泊中的淡水进行杀菌消毒、混凝沉淀、过滤等工艺处理，这三项处理的正确顺序是混凝沉淀→过滤→杀菌消毒．
（4）高铁酸钠（Na₂Fe0₄）是一种新型饮用水消毒剂，某研究小组的同学设计了用工业废铁屑（含铜、碳、硅等）制取高铁酸钠的工艺流程如图所示，其中使用到X、Y、Z等含铁化合物．

①废铁屑中加入Na₂CO₃热溶液的目的为清洗废铁屑表面的油污．
②X转化为Y的离子方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O．
③Cl₂将Z氧化为Na₂FO₄ 的化学方程式为10NaOH+3Cl₂+2Fe（OH）₃═2Na₂FeO₄+6NaCl+8H₂O．
④高铁酸钠消毒后的还原产物具有净水作用，其净水原理为高铁酸盐在杀菌消毒时，本身被还原成Fe³⁺，Fe³⁺易水解生成Fe（OH）₃，具有胶体的性质，可吸附水中的悬浮杂质，而起到净化水的作用．
⑤工业上还可用电化学法制备高铁酸钠：采用铁片作阳极，浓NaOH溶液作为电解质溶液．阳极的电极反应式为Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O．

Answer 1

分析 （1）当硬水中钙和镁主要以碳酸氢盐，如Ca（HCO₃）₂、Mg（HCO₃）₂形式存在时，称为暂时硬水，当这种硬水加热煮沸时，碳酸氢盐会转化为沉淀除去；如果硬水中钙和镁主要以硫酸盐或氯化物等形式存在，则称为永久硬水，它们不能用煮沸的方法除去；
（2）以硫酸盐或氯化物形式存在时所引起的硬度，则称为永久硬度，加入石灰水只能降低Mg²⁺所形成的永久硬度，但转变为Ca²⁺形成的永久硬度，加石灰水发生：Ca（OH）₂+Ca（HCO₃）₂=2CaCO₃↓+2H₂O，2Ca（OH）₂+Mg（HCO₃）₂=2CaCO₃↓+Mg（OH）₂↓+2H₂O，只能降低暂时硬度，不能降低永久硬度，把部分Mg²⁺所形成的永久硬度转变为Ca²⁺形成的永久硬度；
（3）取自江河湖泊中的淡水的处理顺序是：先沉淀、再过滤，最后消毒处理；
（4）由流程图和实验目的可知，用工业废铁屑（含铜、碳、硅等）制取高铁酸钠，其中X、Y、Z是含铁化合物，碳酸钠溶液水解显碱性，洗涤废铁屑表面油污，油脂在碱性溶液中水解生成溶于水的物质得到粗铁，加入硫酸，铁和硫酸反应生成硫酸亚铁，过滤得到滤渣为铜和硅，滤液为硫酸亚铁，加入硫酸和过氧化氢氧化亚铁离子为铁离子，加入氢氧化钠用生成氢氧化铁沉淀，在氢氧化钠溶液中通入氯气生成高铁酸钠；
①碳酸钠溶液水解显碱性清除废铁屑表面的油污；
②X为硫酸亚铁，Y为硫酸铁，硫酸亚铁加入过氧化氢和硫酸发生氧化还原反应；
③Z为氢氧化铁，在氢氧化钠溶液中氯气氧化氢氧化铁为高铁酸钠，依据原子守恒和氧化还原反应电子守恒配平书写化学方程式；
④高铁酸钠具有强氧化性能杀菌消毒，在反应过程中被还原为铁离子在水溶液中水解生成氢氧化铁胶体，胶体具有吸附悬浮杂质的作用起到净水作用；
⑤电解时阳极发生氧化反应，铁失电子生成高铁酸根离子，由电解质溶液电荷守恒配平写出电极反应方程式．

解答 解：（1）当硬水中钙和镁主要以碳酸氢盐，如Ca（HCO₃）₂、Mg（HCO₃）₂形式存在时，称为暂时硬水，当这种硬水加热煮沸时，碳酸氢盐会转化为沉淀除去；如果硬水中钙和镁主要以硫酸盐或氯化物等形式存在，则称为永久硬水，它们不能用煮沸的方法除去，但药剂法、离子交换法均可将钙和镁离子浓度减小，降低硬度，
故答案为：bc；
（2）a．以硫酸盐或氯化物形式存在时所引起的硬度，则称为永久硬度，加入石灰水只能降低Mg²⁺所形成的永久硬度，但转变为Ca²⁺形成的永久硬度，故a错误；
b．加石灰水发生：Ca（OH）₂+Ca（HCO₃）₂=2CaCO₃↓+2H₂O，2Ca（OH）₂+Mg（HCO₃）₂=2CaCO₃↓+Mg（OH）₂↓+2H₂O，只能降低暂时硬度，不能降低永久硬度，故b误；
c．加石灰水发生反应：MgSO₄+Ca（OH）₂=Mg（OH）₂↓+CaSO₄；  MgCl₂+Ca（OH）₂=Mg（OH）₂↓+CaCl₂，把部分Mg²⁺所形成的永久硬度转变为Ca²⁺形成的永久硬度，故c错误；
d．由c分析可知，加石灰水把部分Mg²⁺所形成的永久硬度转变为Ca²⁺形成的永久硬度，故d正确；
故答案为：d；
（3）取自江河湖泊中的淡水的处理顺序是：先沉淀、再过滤，最后消毒处理，故答案为：混凝沉淀→过滤→杀菌消毒；
（4）由流程图和实验目的可知，用工业废铁屑（含铜、碳、硅等）制取高铁酸钠，其中X、Y、Z是含铁化合物，碳酸钠溶液水解显碱性，洗涤废铁屑表面油污，油脂在碱性溶液中水解生成溶于水的物质得到粗铁，加入硫酸，铁和硫酸反应生成硫酸亚铁，过滤得到滤渣为铜和硅，滤液为硫酸亚铁，加入硫酸和过氧化氢氧化亚铁离子为铁离子，加入氢氧化钠用生成氢氧化铁沉淀，在氢氧化钠溶液中通入氯气生成高铁酸钠；
①废铁屑中加入Na₂CO₃热溶液的目的为清洗废铁屑表面的油污，故答案为：清洗废铁屑表面的油污；
②X为硫酸亚铁，Y为硫酸铁，X转化为Y的离子方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
③Z为氢氧化铁，在氢氧化钠溶液中氯气氧化氢氧化铁为高铁酸钠，Cl₂将Z氧化为Na₂FO₄ 的化学方程式为10NaOH+3Cl₂+2Fe（OH）₃═2Na₂FeO₄+6NaCl+8H₂O，
故答案为：10NaOH+3Cl₂+2Fe（OH）₃═2Na₂FeO₄+6NaCl+8H₂O；
④高铁酸钠消毒后的还原产物具有净水作用，其净水原理高铁酸盐在杀菌消毒时，本身被还原成Fe³⁺，Fe³⁺易水解生成Fe（OH）₃，具有胶体的性质，可吸附水中的悬浮杂质，而起到净化水的作用为，故答案为：高铁酸盐在杀菌消毒时，本身被还原成Fe³⁺，Fe³⁺易水解生成Fe（OH）₃，具有胶体的性质，可吸附水中的悬浮杂质，而起到净化水的作用；
⑤电解时阳极发生氧化反应，铁失电子生成高铁酸根离子，由电解质溶液配平电荷守恒可知电极反应方程式为Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O，故答案为：Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O．

点评 本题考查混合物分离提纯及物质制备实验，为高频考点，把握物质的性质、流程中的反应为解答的关键，侧重分析与应用能力的综合考查，题目难度中等．